四层电梯PLC控制系统设计与制作.docx

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四层电梯PLC控制系统设计与制作

目录

一、系统设计要求1

（一）课程题目1

1.设计内容1

2.四层电梯控制系统的设计要求1

（二）系统设计方案选择2

1．电梯继电器控制系统的优点2

2.电梯继电器控制系统存在的问题3

3.PLC控制电梯的优点3

一、PLC的产生4

（一）可编程控制器的定义4

（二）PLC的特点5

一、电梯PLC控制的基本结构设计6

（一）系统结构框图6

（二）程序设计逻辑流程图7

（三）I/O口分配7

（四）实际程序7

1、楼层位置取样7

2、楼层呼叫信号取样7

3、呼叫信号与楼层位置信号相或7

4、有呼叫时，将呼叫和位置进行比较8

5、上行指示、下行指示、指示复位8

6、上行驱动与下行驱动8

7、呼叫信号与位置信号相与，判断停车8

8、复位呼叫指示9

9、楼层编码与解码显示9

设计总结10

参考文献11

内容摘要

随着我国经济的高速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新,其应用越来越广。

而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电梯得到了快速发展，目前电梯的控制方式普遍采用了两种方式，一种是传统的继电器构成的控制系统；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代继电器构成控制系统。

本设计在已有的通变频器的基础上，通过对选择传统的继电器构成控制系统与PLC控制系统的优缺点比较，从而采用PLC对电梯进行控制，用软件实现对电梯运行的自动控制功能，可靠性大大提高。

控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载客电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是四层电梯。

代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高额电梯运行的可靠性，降低了故障率。

关键字：

可编程控制器PLC四层电梯

第一章系统设计要求及方案

一、系统设计要求

（一）课程题目

四层电梯PLC控制系统设计

1.设计内容

设计四层电梯控制系统的硬件电路（主电路硬件接线设计和PLC外部连线图）和软件程序；

PLC程序编制与调试；

四层电梯PLC控制系统的综合调试，电梯模型如右图所示；

撰写课程设计报告；

完成课程设计答辩。

2.四层电梯控制系统的设计要求

（1）基本功能：

电梯应包括各楼层外呼梯开关，其中1层只有向上开关；4层只有向下开关；中间层（2、3层）具有上、下各两个开关。

不论轿厢停在何处，均能根据召唤信号自动判断电梯运行方向，然后延时Ts后开始运行；

响应召唤信号后，召唤指示灯F1-F4亮，直到电梯到达该层时熄灭；

图1四层电梯模型示意图

当有多个召唤信号，能自动根据召唤楼层停靠层站，经过Ts后，继续上升或下降运行，直到所有的信号响应完毕；

电梯运行途中，任何反方向招呼均无效，且召唤指示灯不亮；

轿厢位置要求用七段数码管显示，上行、下行用上下箭头指示灯显示。

其他电梯运行控制由设计同学自行规定，要求控制设置合理，控制功能完善。

（2）扩展功能：

电梯控制程序应具有优先响应判别功能，对楼道内和电梯内的电梯运行请求信号进行综合判优后依次响应电梯请求响应信号。

电梯运行应尽量按照效率最高的原则设置其运行方式。

设置自动关门功能，即电梯响应某层请求信号后停于该层，电梯门自动打开，当电梯门打开到位后，启动定时功能，在定时10s后电梯门自动关闭。

电梯开、关门动作控制应设置开门和关门到位检测装置进行开关门状态检测。

在定时期间强制开关门信号具有高优先级，即如果按下强制开门信号则关门定时器复位，当强制开门按钮松开后重新开始关门定时。

强制关门信号可以优先结束关门定时状态，提前启动关门动作。

（二）系统设计方案选择

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。

电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

将两种系统相比，就会发现PCL控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：

输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀多构成的。

不同的是继电器控制系统在控制线路被PLC中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。

正是上述原因，PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。

随着微电子技术的进一步发展，PLC的成本在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统代替已是发展的必然趋势。

下面是对2种控制技术的具体比较。

1．电梯继电器控制系统的优点

（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。

（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。

（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。

2.电梯继电器控制系统存在的问题

（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。

（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。

（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。

（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。

电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。

且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。

3.PLC控制电梯的优点

（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。

（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。

（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。

第二章PLC简介

一、PLC的产生

在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域，继电器控制系统通常可以看承由输入电路，控制电路，输出电路和生产现场这4个部分组成的。

其中输入电路也是由按钮，行程开关，限位开关，传感器等构成。

用已向系统送入控制信号。

输出电路部分是由接触器，电磁阀等执行元件构成，用以控制各种被控制对象，如电动机，电炉，阀门等。

继电器控制电路部分是控制系统的核心部分。

它通过导线将各个分立的继电器，电子元器件连接起来对工业现场实施控制；生产现场是指被控制的对象（如电动机等）或生产过程。

继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电器控制系统已越来越难以适应，因为继电器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。

它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制，定时，计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计，布线，装配，和调试。

显然，这样的控制系统完全无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。

这就迫使人们要放弃原来已占统治地位的继电器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。

出于上述考虑，美国通用汽车公司（GM）于1968年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想，第二年，即1969年美国数字设备公司（DEC）就研制出了世界上第一台可编程序控制器。

在这一时期，可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算，定时，计数等顺序控制功能。

所以人们将可遍程序控制器称之为PCL（ProgrammableLogicalController），即可编程序逻辑控制器。

（一）可编程控制器的定义

20世纪70年代末80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊，如浮点运算，函数运算，查表等。

这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。

因此，美国电气制造协会NEMA（NationalElectricalManufacturersAssociation）将之正式命名为PC（ProgrammableController）。

值得注意的是，因为个人计算机的简称也是PC（PersonalComputer），有时为了避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器简称PLC（尽管这是早期的名称）。

本书采用PLC的称呼。

20世纪80年代后，随着大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，以16位和32位微处理器够成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展，使之在概念上，设计上，性能价格比等方面有了重大突破。

可编程序具有了高速计数，中断技术，PID控制等功能，同时联网通信功能也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。

为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化。

国际电工委员会（IEC）制定了PLC的标准，并给出了它的定义。

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等才操作，并通过数字式，模拟式的输入与输出，控制各类的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。

”

综上所述，PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。

这种装置具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，得到了用户的公认和好评。

他经过短短的几十年发展后，现在已成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和CAD/CAM）之一，被广泛地应用于机械，冶金，化工交通，电力等领域中。

以PLC作为控制器的PLC控制系统是从根本上改变了传统的继电器控制系统的工业原理和方式。

继电器控制系统是控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而PLC控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，不仅可以实现开关量控制，还可以进行模拟量控制，顺序控制。

另外，它的定时和计数功能也远比继电器控制系统强很多，一般可以为用户提供几十个甚至上百个定时器，计数器。

随着计算机和通信几刷的发展，现代PLC控制系统已远不是几十年前的哪个样子，PLC的控制从早期的单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。

尽管现在的PLC控制系统已发生了很大的变化，但是从自动控制的角度来看，PLC控制系统与传统的继电器系统在结构上仍有相似之处。

（二）PLC的特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。

PLC与普通微机一样。

以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点运算与控制。

PLC控制一般具有可靠性高，易操作，维修。

编程简单，灵活性强等特点。

PLC控制系统的硬件是由CPU，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。

第三章PLC控制系统总体设计

一、电梯PLC控制的基本结构设计

电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。

图3.1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。

系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器并由PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。

（一）系统结构框图

（二）程序设计逻辑流程图

呼叫信号条件及记忆

电梯轿厢位置计数与显示

呼叫信号与轿厢位置比较

确定运行方向

两层同时呼叫处理

电梯启动延时与起动

轿厢的位置确定

呼叫信号复位

高速计数器的处理

（三）I/O口分配

X0-X3楼层呼叫信号

X10-X13楼层位置信号

Y6上行指示

Y7下行指示

Y0上行驱动

Y1下行驱动

（四）实际程序

1、楼层位置取样

2、楼层呼叫信号取样

3、呼叫信号与楼层位置信号相或

4、有呼叫时，将呼叫和位置进行比较

5、上行指示、下行指示、指示复位

呼叫与位置信号比较，若大于且有呼叫存在时上行

呼叫与位置信号比较，若小于且有呼叫存在时下行

6、上行驱动与下行驱动

7、呼叫信号与位置信号相与，判断停车

D0里数据只有1和0，为1时停

8、复位呼叫指示

当电梯到达该层时，位置信号接通复位呼叫指示灯

9、楼层编码与解码显示

设计总结

此次课程设计的题目是四层电梯PLC控制系统设计。

首先，关于电梯我们都很熟悉，随着高层建筑越来越多，电梯的应用也是越来越普遍；PLC为可编程控制器，它控制系统的硬件是由CPU，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的,它控制的可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。

比传统的继电器控制好很多，因而PLC在电梯控制中得到了更广泛的应用。

此次设计的过程中遇到了很多的困难，电梯的控制过程比较多，包括轿厢内外都有呼叫信号，楼层还得有检测信号，关于电梯门的开合以及紧急按钮，楼层需要相应的数码管显示及指示灯显示灯等。

过程虽然比较复杂，但经过一定时间的资料查询和同学之间的相互帮助，再加上老师的认真指导，对于完成此次课程设计都付出了很大的努力。

过程虽然是复杂的，但是还是得到了比较满意的结果。

通过此次课程设计，我对PLC有了更加深刻的认识，对于PLC编程也更为熟悉。

不仅如此，在查询资料的过程中，关于继电器控制电梯的方法也有所涉猎，从而获得了更广泛的知识。

我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。

另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

此次课程设计虽然完成了电梯控制的一些基本的要求，但还是有一些的不足之处，关于电梯功能的设计也不是很完美，应该还有一些扩展项目可以做，但由于能力有限没有完成，以后一定要努力的学习，尽可能的使其获得较好的完成。

课程设计中暴露出的一些问题，提醒我以后要认真对待工作，要严谨求实，更加努力的学习，拥有更多的知识后才能有更大的能力为社会做贡献。

参考文献

[1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.北京:

化学工业出版社.2004

[2]王永华.现代电气及可编程控制技术.北京:

北京航空航天大学出版社.2002

[3]邓则名.电器与可编程控制器应用技术.北京:

机械工业出版社.1997

[4]徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:

中国科学技术大学出版社.2001

[5]王泽元.可编程序控制器实验指导书.长春:

自编实验指导书.2010